DE2424916A1

DE2424916A1 - Optisches system

Info

Publication number: DE2424916A1
Application number: DE19742424916
Authority: DE
Inventors: John Murray Waters
Original assignee: British Railways Board
Current assignee: British Railways Board
Priority date: 1973-05-23
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1974-12-12
Also published as: AU6907474A; CH586323A5; CA1002744A; JPS5041203A; FR2230803A1; DE2424916C3; FR2230803B1; IT1012826B; DE2424916B2

Description

DIPL.-ING. H. STEKMANN 85 Nürnberg 2

ESSENWEINSTRASSE 4-«

DIPL.-PHYS. DR. K. SCHWEINZEiR _{TELEFON: 0911/203727}

DIPL.-ING. DR. M. RAU "lex^»"*"""^{1 stehpatent}

PATENTANWÄLTE BANKKONTEN:

9A9AQ1R DEUTSCHEBANKAG. NÜRNBERG

£-**£-^*J Iw BLZ 76070012 KONTO NR. 341164

POSTSCHECKKONTO: NÜRNBERG 67081-85?

Nürnberg, 21. 120/60

British Railways Board, London
"Optisches System"

Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Bilden von Bezugsgrößen für Arbeiten an Verkehrswegen. Mit dem Ausdruck "Verkehrsweg" soll jede Art von Wegen gemeint sein, längs derer Fahrzeuge verkehren. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für Verkehrswege schienengebundener Fahrzeuge und dabei für Maschinen, mit denen die Niveaueinstellung von Eisenbahngleisen überwacht und korrigiert wird.

Um die Niveaueinstellung von Eisenbahngleisen zu korrigieren ist es bekannt, eine Bezugslinie einzurichten, die sich von einem rückwärtigen Bezugspunkt aus, der auf einem bereits nivellierten Gleitstück bezogen ist, zu einem vorderen Bezugspunkt erstreckt, der auf dem noch zu korrigierenden Gleisabschnitt bezogen ist.

Das Gleis wird dann an einer dazwischenliegenden Stelle so weit vertikal verschoben, bis eine hier angeordnete Fühlereinrichtung mit der Bezugslinie zum Schnitt kommt.

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Für das Auftragsverhältnis gilt die Gebührenordnung der Deutschen Patentanwaltskammer. - Gerichtsstand für Leistung und Zahlung: Nürnberg.

Gespräch· am Fernsprecher haben keine rechtsverbindliche Wirkung.

Während des Vorschubes der Nivelliermaschine entlang dem Gleis muß dieser vordere Bezugspunkt ebenfalls nach vorne verlegt werden, was entweder in Abschnitten oder kontinuierlich längs des noch nicht korrigierten Gleisstückes erfolgt. Aus Unregelmäßigkeiten im Verlauf dieses vorausliegenden Gleisstückes resultieren allerdings Fehler in der Höhenlage der Bezugslinie an der Zwischenstelle, an der die Hebung des Gleises vorgenommen wird.

Bei den meisten bekannten Gleis-Unterhaltsmaschinen befinden sich der rückwärtige Bezugspunkt und die Zwischenstelle am selben Fahrzeug. Der vorausliegende Bezugspunkt kann am selben Fehrzeug wie der rückwärtige und die Zwischenstelle, oder aber an einem getrennten Fahrzeug angeordnet sein. Wenn der vordere Bezugspunkt am selben Fahrzeug wie der rückwärtige Bezugspunkt und die Zwischenstelle angeordnet ist, dann muß der Abstand zwischen den beiden Bezugspunkten in vertretbaren Grenzen gehalten werden. Je kleiner dieser Abstand ist, desto größer ist allerdings der Höhenfehler bezüglich der Bezugslinie am Ort/Zwischenstelle, wie später noch näher erläutert wird.. Wenn andererseits der vordere Bezugspunkt an einem gesonderten Fahrzeug angeordnet ist, kann zwar der Abstand zwischen den beiden Bezugspunkten hinreichend groß gewählt werden; bei einer solchen Gleiariohtvorrichtung wird allerdings viel Zeit dafür benötigt, den vorausliegenden Bezugspunkt zu verlegen und die Bezugslinie neu einzurichten, was von besonderem Nachteil ist, wenn eine Gleisbelegung sowohl schwierig zu erhalten als auch jeweils nur kurzzeitig möglich ist.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Fixieren eines vorausliegenden Bezugspunktes in hinreichend weitem Abstand vom rückwärtigen Bezugspunkt anzugeben, ohne daß dabei die Nachteile auftreten, mit dem Versetzen und Einrichten eines speziellen einen vorliegenden Bezugspunkt bestimmenden Fahrzeuges verbunden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen gelöst durch Aufspannen eines optischen Dreiecks, dessen Ausrichtung gegenüber dem Verkehrsweg geneigt und einstellbar ist und von dem ein Eckpunkt auf dem auszurichtenden Verkehrswegabschnitt liegt und der durch ein reflektiertes Bild der Verkehrswegoberfläche gebildet wird.

Mit dem Ausdruck "optisches Dreieck" ist ein optisches System gemeint, das drei nicht auf einer gemeinsamen Geraden liegende Punkte in fester Beziehung zueinander aufweist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit nachstehender Beschreibung der Zeichnung sowie der dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe;

Fig. 2 und Fig. 3 im Grundriß und im Aufriß, das Funktionsprinzip der Erfindung;

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Fig. 4 und Big. 5 Aufriß- bzw. Grundrißdarstellung eines optischen Systems nach der Erfindung, angewandt bei einer Gleisrichtmaschine;

Fig. 6 ein duales optisches System nach demselben Prinzip wie in Fig. 4 und Fig. 5;

Fig. 7 in Prinzipdarstellung ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung, nach Art eines Entfernungsmessers;

Fig, 8 ein gegenüber Fig. 7 abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 und Fig. 10 im Grundriß und im Aufriß ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung der Vermessungs-Technik;

Fig. 11 und Fig. 12 im Grundriß und im Aufriß ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung in Gleiskurven sowie zur Ermittlung der horizontalen Geometrie eines Gleises;

Fig. 13 in Prinzipdarstellung eine Abwandlung dee erfindungsgemäßen Systems, unter Einbeziehung eines Mittelwertbildners; und

Fig. 14 die Verwendung der erfindungsgemäßen Justiervorrichtung an einem fahrbaren Deckenfertiger.

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Pig. 1 zeigt schematisch ein bekanntes Bezugssystem, wie es bei Gleisbaumaschinen benutzt wird. In der Darstellung der Fig. 1 ist P.. ein rückwärtiger Bezugspunkt und Pp ein voraus-liegender Bezugspunkt und die die Punkte P, und Pp verbindende Gerade stellt die Bezugslinie dar. Der rückwärtige Bezugspunkt P, liegt im Bereiche eines schon ausgerichteten Gleisstückes, und S stellt z.B. die Oberfläche einer Schiene, des Schotters bzw. der Schwellen dar. Wie aus der Darstellung ersichtlich, basiert also der rückwärtige Bezugspunkt P₁ auf dem bereits ausgerichte-

aus- ·*·
ten Gleis; der vorliegende Bezugspunkt P₂ ist dagegen auf das noch auszurichtende Gleis bezogen. Die Gleisrichtmaschine wird in Richtung eines Pfeiles y vorbewegt, der auch in andere Figuren der Zeichnung eingetragen ist, um übereinstimmend die Bewegungsrichtung anzugeben. Die vertikale Position des vorausliegenden Bezugspunktes P₂ folgt beim Vorschub den Unebenheiten des noch nicht ausgerichteten Gleisstück'es. Diese Unebenheiten sind in Fig. 1 übertrieben dargestellt, um die prinzipiellen Erläuterungen leichter verständlich zu machen. Die Entfernung L₁ ist die Länge der Bezugslinie und die Entfernung L₂ diejenige zwischen dem rückwärtigen Bezugspunkt P, und einer Zwischenstellung P,, an der ein Fühler derart angeordnet ist, daß die Maschine das Gleis anheben kann, bis der Fühler die Bezugslinie erreicht.

Der vorausliegende Bezugspunkt P₂ weise z.B. einen vertikalen Fehler F^ gegenüber der Soll-Lage auf, nämlich aufgrund der Unebenheiten in der Oberfläche dieses

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noch nicht ausgerichteten Gleisstückes, dann ergibt sich an der Zwischenposition P, ein verbleibender Fehler F_g, d.h., die Gleise der Schienen werden hier um den Betrag des Fehlers F₂ zuwenig angehoben. Dieser Fehler F₂ ergibt sich aufgrund der geometrischen Beziehungen zu

' L₂
² ! " L₁

Hieraus ergint sich auch, daß der Fehlbetrag F₂ beim Anheben der Schienen an der Zwischenposition P-, kleingehalten werden kann, indem das Verhältnis Lj^L₂ groß gewählt wird. Daraus ergibt sich ferner, daß in dem Maße, wie das Verhältnis L, :L₂ ansteigt, auch die auf die Schienen des Gleises sich auswirkende Richtgenauigkeit verbessert wird, wenn die Fehler längs des Gleises eher eine Wellenform als stufenförmigen Verlauf aufweisen. Wie schon erläutert, ist L₁ dann sehr klein wenn der vorausliegende Bezugspunkt Pp vom selben Fahrzeug getragen wird, wie der rückwärtige Bezugspunkt P,; ein typischer Wert für das Längenverhältnis L₁^₂ beträgt für diese Bauform 4:1. Wenn dagegen der vorausliegende Bezugspunkt P₂ von einem gesonderten Fahrzeug getragen wird, dann beträgt ein typischer Wert dieses LängenverhSltnisses 10:1.

Die Fig. 2 und 3 zeigen im Grundriß und im Aufriß das grundlegende Prinzip der Erfindung. Hiernach wird ein optisches Dreieck zwischen drei Punkten A,B und C aufgespannt, dessen Ebene von einer vorgegebenen Höhe bei den Punkten B und C zur Oberfläche des Gleises abfällt, so daß der Punkt A in der Ebene des Gleises liegt, die durch Reflexion eines Lichtstrahles an der Gleisober-

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fläche bestimmt ist.Bei dieser Anordnung liegen die Punkte B und C auf einer konstanten Höhe oberhalb S; die Strecken AB und AC sind konstant. Sowohl Punkt B als auch Punkt C kann daher als der rückwärtige Bezugspunkt P,, der Punkt A als der vorausliegende Bezugspunkt P₂ angesehen werden. Die Ebene ABC stellt folglich eine Bezugsebene dar, die dafür benutzt werden kann, die Bewegung eines schienenhebenden Hubelementes an einer Zwischenposition P, der Gleisrichtmaschine zu steuern.

Mit dieser Anordnung kann der Punkt A des optischen Dreiecks ABC und damit der vorausliegende Bezugspunkt P₂ in relativ großenv Abstand vom rückwärtigen Bezugspunkt P, eingerichtet werden, der durch die Strecke BC gebildet ist, ohne daß es erforderlich ist, ein gesondertes Fahrzeug zu verwenden, das den vorausliegenden Bezugspunkt P₂ trägt. Die resultierende Schwankung des vertikalen Abstandes, der dem Fehlerbetrag F₂ in Fig. 1 entspricht, wird folglich sehr klein sein.

In Fig. 4 und Fig. 5 ist in Seitenansicht und Draufsicht ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, mittels derer das Niveau eines Eisenbahngleises gerichtet wird. Sie enthält eine an sich bekannte Gleishebe- und Schotter-Stopf-Maschine 1, auf der die erfindungsgemäße optische Einrichtung zur Gewinnung von Bezugspunkten angeordnet ist. Die Maschine 1 weist vordere und hintere Tragräder 2,3 auf, die auf den Schienen eines schon ausgerichteten Gleisstückes fahren, die

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ihrerseits an auf Schotter ruhenden Schwellen 5 befestigt sind (vergl. Fig. 5). Vor die Vorderräder 2 ragt eine Auslegerkonstruktion 6, an der die üblichen Vorrichtungen zum Anheben der Gleise 4 und zum Unterstopfen des Schotters angeordnet sind. Während dieses Anhebens und Stopfens steht also die Maschine 1 auf dem bereits gerichteten Gleisstück. Ein Schien^Hubelement 7 ist symbolisch angedeutet; es greift unter einen jeweiligen Schienenkopf und wird dann mittels einer Hydraulik-Vorrichtung 8 vertikal nach oben bewegt um die Schienen 4 und angrenzende Schwellen 5 anzuheben. Gleichzeitig treten die, ebenfalls nur symbolisch dargestellten, Stopfelemente 9 in Aktion, die Schotter unter die benachbarten Schwellen 5 stopfen. Die Punktion der Hydraulik-Vorrichtung 8 wird durch eine Steuereinheit 10 beeinflußt. Die Hydraulik-Vorrichtung 8, die Steuereinheit 10 und das nachstehend näher beschriebene optische System zum Bestimmen von Bezugspunkten stellen zusammen einen Regelkreis dar.

Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung weist einen Tragtisch 11 auf, der um eine Schwenkachse X-X, die sich horizontal und im wesentlichen quer zum Verlauf des Gleises erstreckt, schwenkbar an der Maschine 1 befestigt ist. Diese Schwenkachse X-X ist vertikal über den Vorderrädern 2 der Maschine 1 angeordnet, so daß ihre Höhenlage oberhalb des Gleises bekannt und konstant ist. Vor der Schwenkachse X-X ist der Tragtisch auf einem Ständer 12 abgestützt, der mit dem Hubelement mechanisch verbunden ist und von ihm mit angehoben wird. Wenn sich also das Schienen-Hubelement^7 nach oben bewegt, dann wird zugleich der Tragtisch 11 um die Schwenk-

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achse X-X verschwenkt, und jeder Position des Hubelementes 7 ist folglich ein bestimmter Neigungswinkel des Tragtisches 11 konstruktiv zugeordnet.

Auf dem Tragtisch 11 ist ein Lichtsender 13, ein Linsensystem 14 und ein Bildempfänger 15 angeordnet. Der Bildempfänger 15 ist zweckmäßigerweise an der Schwenkachse X-X befestigt, aber dies ist

nicht funktionswesentlich. Der Liehtsender 13 kann als Punktlichtwerfer ausgebildet sein_r" der einen Strahl weißen oder monochromatischen Lichtes oder einen Laser-Strahl aussendet. Das Linsensystem 14 nimmt die Reflexionen des vom Liehtsender 13 abgestrahlten Strahles, z.B. an den Gleisen 4 der Schiene, auf und überträgt einen fotoelektrischen Detektor, dessen elektrisches Ausgangssignal in die Steuereinheit 10 eingespeist wird. Der Bildempfänger weist dazu eine lichtempfindliche Fläche 16 auf, die sich in Richtung der Schwenkachse X-X erstreckt. Die Steuerung ist so eingerichtet, daß d&nn, wenn der nach Reflexion vom Bildempfänger 15 aufgenommene Lichtstrahl die lichtempfindliche Fläche 16 in einer vorgegebenen Null-Position trifft (die unten noch näher erläutert wird), die Aufwärtsbewegung des Hubelementes 7 von der Steuereinheit 10 her gestoppt wird.

Der Liehtsender 13 ist an einem Punkt B auf dem Tragtisch 11 angeordnet, und zwar so, daß sein Lichtstrahl in etwa zur Längsmittellinie des Gleises hin gerichtet ist; je nach der Schrägneigung des Tragtisches 11 trifft dieser Lichtstrahl s„omit das Gleis in unterschiedlichen Abständen vor der Maschine 1, z.B. bei Punkten A₁, A

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zwischen den Schienen 4 des Gleises. Mittels des Linsensystems 14 wird ein Bild dieser für das optische System als Reflexionspunkte A,, A wirkenden Bezugspunkte P, auf der lichtempfindlichen Fläche 16 des Bildempfängers 15 abgebildet. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das reflektierte Bild C, des Punktes A, entlang der Achse X-X gegen den Ort des Bildpunktes C des Reflexionspunktes A versetzt ist. Ausgehend davon, daß die Punkte ABC das gewünschte optische Dreieck, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben wurde, darstellt, ist der Punkt C in der Bildebene (Fläche 16) die Null-Position im Bildempfänger 15.

Im Betrieb wird die Maschine 1 entlang des Gleises bis zu einer Stelle vorbewegt, an der die Schienen 4 angehoben werden sollen_e Hier wird das Hubelement 7 abgesenkt, damit es unter den jeweiligen Schienenkopf greifen kann. Es sei angenommen, daß dieses Absenken eine solche Schrägneigung des Tragtisches 11 bewirkt, daß der Lichtstrahl von Lichtsender 13 das Gleis bei A₁ trifft und die Reflexion im Bildempfänger 15 bei C₁ abgebildet wird. Die Hydraulik-Vorrichtung 8 wird dann wieder in Betrieb gesetzt, um das Hubelement 7 anzuheben, womit zugleich das freie untere Ende des Tragtisches 11 angehoben wird, so daß die Bilddarstellung im Bildempfänger sich von C₁ nach C hin verlagert. Das Ausgangssignal des Bildempfängers 15 bewirkt über die Steuereinheit 10 die Betätigung der Hydraulik-Vorrichtung8solange, bis die Abbildung des Reflexionspunktes A₁ die Null-Position, d.h.

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den Bildpunkt C, erreicht. Dann wird deren Punktion unterbrochen, die Hubbewegung des Hubelementes 7 kommt zum Stillstand. Auf diese Weise werden an jeder Gleisstelle, an der ein Anheben vorgenommen wird, die Schienen soweit angehoben, bis sich das gewünschte optische Dreieck ABC einstellt, und daraus resultiert das exakte Anheben bezüglich einer konstanten Referenzlinie, die, mittelbar, durch den reflektierten Lichtstrahl AC gebildet ist. Da dieser reflektierte Lichtstrahl AC relativ lang sein kann, indem ein hinreichend großer Wert den Winkel o6 gewählt wird, verbleibt ein nur kleiner Fehlbetrag, entsprechend dem Fehler F₂ in Fig. 1.

Es ist ohneweiteres ersichtlich, daß das gleiche Ergebnis mit einem in vertikaler Ebene aufgespannten optischen Dreieck ABC erzielbar ist, d.h., wenn der Tragtisch 11 vertikal ausgerichtet, aber immer noch um eine horizontale Schwenkachse X-X kippbar ist. In diesem Falle erstreckt sich die lichtempfindliche Fläche 16 des Bildempfängers 15 vertikal, so daß die Bildpunkte C und C. vertikal gegeneinander verschoben sind. Die Ebene des optischen Dreiecks ABC kann ebensogut auch in jedem anderen, beliebigen Winkel gegenüber der Horizontalen ausgerichtet sein.

Wenn der Lichtsender 13 einen monochromatischen Lichtstrahl abstrahlt, dann ist es zweckmäßig, den Bildempfänger 15 mit einem schmalen optischen Bandpaß-Filter auszustatten, um Störeinflüsse zu reduzieren, die aus dem Umgebungslicht herrühren. Unabhängig davon, ob monochromatisches oder weißes Licht gewählt wird, ist

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es zweckmäßig, den Lichtstrahl des Lichtsenders 13 ' zu modulieren, um den Empfang durch den Bildempfänger zuverlässiger zu gestalten. Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn phasenempfindliche Verstärker im Bildempfänger 15 vorgesehen sind.

Anstelle des automatischen Betriebes mit einem geschlossenen Regelkreis, der im Hinblick auf Fig. 4 und 5 beschrieben wurde, kann auch eine Handsteuerung vorgesehen sein. In diesem Falle ist es zweckmäßig, ein Teleskop mit vertikaler Haar-Linie vorzusehen, dessen optische Achse in Richtung der Strecke AC ausgerichtet ist. Eine Aufwärtsbewegung des Hubelementes (Fig. 4) und damit des unteren Endes des Tragtisches wird in diesem Falle von Hand abgeschaltet, sobald die Reflexion des Strahles BA vom Gleis zum Teleskop auf der Haarlinie zentriert ist. Natürlich können auch andere Arten von Bildempfängern 15 für die Erfindung benutzt werden·

In Fig. 6 ist schematisch ein dualer Aufbau er erfindungsgemäßen Vorrichteng dargestellt, die wahlweise einen einzigen oder zwei Lichtsender 13 aufweist; falls nur ein Lichtsender 13 vorgesehen ist, ist bei B ein Strahlenteiler eingebaut. Ferner sind ein Linsensystem 14 und zwei Bildempfänger 15¹ und 15" vorgesehen, die reflektierte Bilder von den Punkten A¹ und A^f' an einander gegenüberliegenden Seiten der Mittellängslinie des Gleises empfangen, um zwei optische Dreiecke A¹ BC¹ und A" BC" zu beiden Seiten dieser Mittellängslinie hin aufzuspannen. Dadurch ist es ermöglicht, auch die Querneigung des Gleises zu

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berücksichtigen, und die beiden Schienen 4 unterschiedlich stark anzuheben, wie es beispielsweise in Kurven erforderlich ist.

Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Technik optischer Entfernungsmesser angewandt ist, ist in Fig. 7 skizziert. Reflektorflächen und 21, z.B. Spiegel, sind an einem Tisch entsprechend dem Tragtisch 11 in Fig. 4 und Fig. 5 befestigt und so gegeneinander geneigt, daß sie Bilder auf ein Teilbild-oder Uberlagerungsbildgerät 22 lenken, das seinerseits zwei im Winkel gegeneinander geneigte Reflektorflächen aufweist, die diese beiden Bilder in einem Betrachtungsort 23 überlagern. Wie daraus erkennbar, stammen die reflektierten Bilder nur bei einer bestimmten Neigungswinkeleinstellung des Tisches vom selben Punkt des Gleises. Für eine gegebene Neigungseinstellung wird also ein optisches Dreieck gebildet, indem die Reflektorflächen 20, 21 in den Punkten B und C geeignet ausgerichtet werden, d.h., das gewünschte optische Dreieck ABC ist wieder aufgespannt.

Anstelle des Beobachtungssystems, das in Fig. 7 angedeutet ist, kann ein fotoe.lektrisches System angewandt werden, wie es in Fig. 8 schematisch dargestellt ist. In Fig. 8 sind die Reflektorflächen 20 und 21 von Fig. durch fotoelektrische Einrichtungen 30 und 31 sowie Linsen 52 und 33 ersetzt, die die Bilder vom Gleis darauf fokussieren. Die elektrischen Ausgangssignale der fotoelektrischen Einrichtungen 30 und 31 werden auf eine Vergleichsvorrichtung 34 geschaltet, in der die beiden

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Ausgangssignale - und folglich indirekt die beiden aufgenommenen Bilder - miteinander verglichen werden und ein elektrisches Differenzsignal am Ausgang hervorrufen. Das in Pig. 8 dargestellte System kann also dasjenige aus Fig. 4 und Fig. 5 ersetzen, indem das Ausgangssignal der elektrischen Vergleichsvorrichtung J4 auf die Steuereinheit 10 geschaltet wird; der optischen Null-Position würde es dann z.B. entsprechen, wenn kein Differenzsignal von der Vergleichsvorrichtung 54 geliefert wird.

In Fig. 9 und Fig. 10 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem von der Vermessungs-Technik Gebrauch gemacht wird. In Fig. 9 sind die Ecken eines optischen Dreiecks mit X,Y,Z bezeichnet, wobei Z in vorgegebener Höhe liegt und den rückwärtigen Bezugspunkt darstellt. Die Neigung der Bezugsebene XYZ wird solange verändert, bis die Punkte X und Y in der Ebene des Gleises und z.B. jeder auf einem Schienenkopf liegen, was nur für einen einzigen Neigungswinkel der Ebene XYZ der Fall sein kann. Auf diese Weise wird die Spurweit· als der erforderliche konstante Abstand X-Y (entsprechend der bekannten und konstanten Strecke B-C in Fig. 2) herangezogen» Die Punkte P, Q liegen auf den Bezugslinien der Betrachtungsvorrichtung, so daß, von Punkt Z aus gesehen, diese Punkte P, Q zusammenfallen mit den Punkten X,Y auf den Schienenköpfen.

Die erfindungsgemäße optische Vorrichtung für die oben mehrere Ausführungsbeispiele erläutert wurden, kann sowohl für Registrierzwecke als auch zum Zwecke der Korrektur des Gleisniveaus benutzt werden. Beispielsweise kann mit der Vorrichtung nach Fig. 4 und Fig. 5 auch für eine ge-

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gebene Neigung des Tragtisches 11 die Verschiebung des reflektierten Bildes längs der Schwenkachse X-X aus der Position des Nullpunktes C heraus als Maß für die Gleislage erfaßt werden, die mit einem Registriergerät aufgezeichnet werden kann.

Die Pig« 11 und 12 zeigen ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung, etwa nach Fig. 4 und 5* mit der auch Kurven im Gleisverlauf erfaßt werden können. Das Dreieck ABC ist das gewünschte optische Dreieck entsprechend demjenigen, das in Fig. und Fig. 5 dargestellt ist.

Wenn die Gleisrichtmaschine eine Kurve durchfährt, dann bewegt sich der Punkt A zu einer der Schienen 4 hin, wie aus Fig..11 ersichtlich, und es kann erforderlich werden, die Position des Punktes A bezüglich der Schienen 4 festzustellen. Hierzu muß zunächst die Lage der beiden Schienen 4 erfaßt werden; dies kann durch Schwenken der Ebene des optischen Dreiecks ABC um eine vertikale oder annähernd vertikale Achse 0 erfolgen, so daß der Punkt A bis zum Schienenkopf verschoben wird, wie durch den Punkt Ag in Fig. 11 gezeigt. Auf diese Weise ist die Lage einer der beiden Schienen 4 des Gleises erfaßt. Die andere Schiene 4 kann in gleicher Weise geortet werden, und der Schwenkwinkel um die Achse 0, der für die korrekte Position zwischen beiden Schienen 4 erforderlich ist, kann daraus ermittelt werden.

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Das Erfassen des Momentes, an dem der Leuchtpunkt eine Schiene 4 trifft, wird noch dadurch erleichtert, daß die Schienenoberfläche, verglichen mit der Ober-. fläche der Schwellen und des Schotters, eine relativ hohe Reflexionsfähigkeit besitzt, woraus sich ergibt, daß ein größerer Anteil des vom Lichtsender abgestrahlten Lichtes von der Bildoberfläche reflektiert wird.

Eine einfache Steuerlogik kann dazu benutzt werden, sicherzustellen, daß die Bewegungen des Bildes in der Bildebene des Bildempfängers aufgrund Kurvenfahrt nicht verwechselt werden mit Bewegungen aufgrund vertikaler Unregelmäßigkeiten, die ausgeglichen werden sollen. Wenn z.B. das Anheben mit der Maschine 1 im Stand durchgeführt wird, kann diese Steuerlogik auf den Tragtisch 11 so einwirken, daß dieser nur dann um die Schwenkachse X-X bewegt wird, wenn die Maschine 1 stillsteht; während eine Bewegung des Tragtisches 11 um die vertikale Achse 0 nur dann erfolgt, wenn die Maschine 1 sich entlang des Gleises bewegt.

Das der Erfindung zugrundeliegende Meßprinzip kann bezüglich der Frage, ob der Punkt A des optischen Dreiecks beim Schwenken um eine Achse 0 auf einem Schienenkopf liegt, auch dazu benutzt werden, die horizontale Geometrie des Gleises auszumessen·

Wenn die Abweichung des Gleisverlaufes von der gewünschten Ebene die Form kurzer Wellen mit hohen Amplituden fRiffel) aufweist, dann hat das zur Folge, daß der Punkt A des

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optischen Dreiecks, der diesen Schwankungen folgt, am angehobenen Gleisteilen weniger stark reflektiert wird. Dies kann dadurch überwunden werden, daß zusätzlich zur erfindungsgemäßen optischen Bezugsvorrichtung ein herkömmliches System angewandt wird, so daß das Hubelement bis auf eine mittlere Höhe bezüglich des optischen Dreiecks ABC während Überlaufes über die z. B. ersten Io Schwellen des Gleises angehoben wird. Ein solches kombiniertes System ist in Fig. 13 dargestellt.

In Fig. Ij5 entspricht das optische Dreieck ABC den zuvor beschriebenen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist an einer Zwischenstelle eine Abtastvorrichtung 4o vorgesehen, z.B. ein Potentiometer, mit der die Schwankung der Länge FG gemessen wird, während das optische Dreieck entlang dem Gleis verfahren wird, und jede Schwelle liefert ein entsprechendes Meßsignal an eine mittelwertbildende Steuereinrichtung 4l. Das Schienen-Hubelement 42 ist für einen Hub entsprechend einer Bezugslinie 43 eingerichtet, die von einem Turm 44 mit variabler Höhe vorgebbar ist, der seinerseits gegen das Gleis abgestützt ist. Das Ausgangssignal von der mittelwertbildenden Steuereinrichtung 41 wirkt auf eine Höheneinstellung 45 des Turmes 44 ein, um die Länge der Strecke HJ und damit die Höhe des Turmes einzurichten und damit zugleich die Neigung der Bezugslinie 43 zu beeinflussen. Die Änderung der Länge HJ repräsentiert stets die Durchschnittslängenänderung bei FG, gemittelt über z.B. die nächsten Io Schwellen. Alternativ zu dieser Möglichkeit, den Turm 44 für die Bezugslinie 43 am noch nicht korrigierten Gleisstück auszurichten, kann es unter bestimmten Umständen vorteilhaft sein, ihn über dem bereits korrigierten Gleisstück anzuordnen;

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das ist mit dem Turm 44^f dargestellt, wo dann eine entsprechen-. de Steuerung für die Beeinflussung der Höhe H¹J¹ stattfindet. Die Bezugslinie 43* erstreckt sich dann"von H¹ zur Zwischenposition, bei der das Anheben des Gleises"erfolgt, und wird um einen Punkt längs ihrer Länge geschwenkt.

Fig. 14 zeigt eine Anwendung einer optischen Bezugsvorrichtung nach der Erfindung bei einem fahrbarenDeckenfertiger zur Erstellung einer neuen Decke 5o auf einer Oberfläche eines Verkehrsweges. Bekanntlich bewegt sich eine solche Maschhe 53 entlang einer bestehenden Oberfläche 51* und mittels eines Planierschildes 54 legt sie eine Asphaltschicht 55 als neue Decke 5o auf die bereits existierende Oberfläche 51. Der Planierschild 54 ist von einem Ausleger 56 getragen, der bei 57 von einer .vertikal verstellbaren hydraulischen Kolbenstange 58 abgestützt ist, so daß ein Verstellen des Auslegers 56 zu einem Schwenken um die horizontale Schwenkachse X-X führt. Damit kann deij^iinkel des Planierschildes 54 bezüglich der Maschine 53 eingerichtet werden. Wenn außer Betracht bleibt, daß die Maschine 53 den Unebenheiten der vorhandenen Oberfläche 51 folgt, ist es somit möglich, den Planierschild 54 in einem im wesentlichen konstanten Winkel einzurichten.

Die optische Bezugsvorrichtung, die in Fig. 14 nur schematisch angedeutet ist, ist wieder auf einem Tragtisch angeordnet, der seinerseits vom Ausleger 56 getragen wird. Dieses optische System.kann z.B. wieder aus einem Lichtsender, einem Linsensystem und einem Bildempfänger bestehen, wie im einzelnen im Zusammenhang mit Fig. 4 und Fig. 5 beschrieben. DJe Kolbenstange 58 wird über eine Steuereinheit vom optischen System her im geschlossenen Regelkreis so angesteuert, daß das optische Dreieck ABC aufrechter-

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halten bleibt. Auf diese Weise wird der Winkel des Planierschildes 5^ stets auf einem Wert gehalten, der in bestimmter Beziehung zum Orte des Punktes A steht, und da dieser Punkt A hinreichend weit vor der Maschine 53 liegt, werden Schwankungen in der Höhenlage des Punktes A nur zu kleinen Fehlern in der Winkeleinstellung des Planierschildes 5^ führen, wie es in Prinzip hinsichtlich Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde.

Die Erfindung ist also nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungebeispiele beschänkt, sieiimfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.

- Ansprüche -

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Claims

1 ./Optisches System zum Bilden von Bezugsgrößen für Arbeiten an Verkehrswegen, gekennzeichnet durch Aufspannen eines optischen Dreiecks (ABC), dessen Ausrichtung gegenüber dem Verkehrsweg geneigt und einstellbar ist und von den ein Endpunkt (A) auf dem auszurichtenden Verkehrsweg liegt und das durhh ein reflektier-* tes Bild der Verkehrswegoberfläche gebildet wird.

2·. Optisches System nach Anspruch I₉ gekennzeichnet durch eine im wesentlichen horizontale Schwenkachse (x-x), um die die Ebene des optischen Dreiecks (ABC) schwenkbar ist.

3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene des optischen Dreiecks (ABC) auch um eine vertikale Achse (O) schwenkbar ist.

4. Optisches System nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtsender (I3) an einer ersten Ecke (B) und daß ein Bildempfänger (15) an einer zweiten Ecke (C) des optischen Dreiecks (ABC) angeordnet ist, und daß der Bildempfänger (15) eine Reflexion des Lichtstrahles von etiem Punkte des Verkehrsweges empfängt, der die dritte Ecke (A) des Dreiecks (ABC) bildet.

5* Optisches System nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet,, daß der Lichtsender (13) und der Empfänger (15) auf einem gemeinsamen Tragtisch (11) angeordnet sind, "der um eine Schwenkachse (x-x) bewegbar gelagert ist und die Neigung der Ebene des optischen Dreiecks (ABC) bestimmt.

6. Optisches System nach Anbruch 5, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Empfänger (15) einen fotoelektrischen Detektor mit einer lichtempfindlichen Fläche (l6)solcher Ausdehnung enthält, daß er die Reflexionen von der Verkehrswegoberfläche bei unterschiedlichen Neigungen des gemeinsamen Tragtisches (11) empfangen kann, und daß dfe lichtempfindliche Fläche (16) eine Nullposition aufweist, die jene zweite Ecke (c) des optischen Dreiecks (ABC) darstellt.

7. Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Empfängers (15) mit einer Steuereinheit (lo) zum Schwenken des Tragtisches (11) verbunden ist, dessen Betätigung unterbrochen wird, wenn das reflektierte Bild in der Nullposition (C) der lichtempfindlichen Fläche (16) erscheint.

8. Optisches System nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Tragtisch (11) um eine vertikale Achse (θ) schwenkbar ist, um die Lage der dritten Ecke (A) des optishhen Dreiecks (ABC) entlang der Oberfläche des Verkehrsweges zu verändern.

9. Optisches System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragtisch (11) an einer Straßenbaumaschine befestigt ist und die Steuereinheit (lo) zugleich die Bewegung einer Arbeitsvorrichtung für den Deckenbau beeinflußt.

10. Optisches System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragtisch (11) auf einer Gleisbaumaschine (1) für Eisenbahngleise angeordnet ist und die Arbeitseinrichtung für den Gleisbau ein^Hubelement (7) für Schienen ist.

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11. Optisches System nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Tragtisch (11) an einem fahrbaren Deckenfertiger (53) angeordnet und die Arbeitseinrichtung ein Planierschild (54) ist.

12. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Strahlen-Empfänger (15) an einer ersten Ecke (B) und ein zweiter Strahlen-Empfänger (15) an einer zweiten Ecke (C) des optischen Dreiecks (ABC) angeordnet ist und daß eine Vergleichsvorrichtung (£4) zum Vergleich der empfangenen Bilder vorgesehen und das optische Dreieck (ABC) dann eingerichtet ist, wenn die empfangenen Bilder denselben Punkt (A) der Verkehrswegoberfläche darstellen.

IJ. Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger Reflektorflächen (2o,21) sind, die je das empfangene Bild auf einen Spalt oder ein Überlagerungsbildgerät (22) richten.

14. Optisches System nach Anpruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger fotoelektrische Einrichtungen (Jo,31) sind und die Vergleichsvorrichtung (34) deren elektrische Ausgangssignale miteinander vergleicht.

15· Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fühler zum Feststellen der Höhe (FG) des optischen Dreiecks (ABC) an einer Stelle vorgesehen sind, die in einem Abstand von derjenigen Ecke (A) liegt, die auf der Ebene der Verkehrswegoberfläche liegt, und ein dieser Höhe entsprechendes elektrisches Ausgangssignal liefert, das an eine über eine Anzahl von Abtastungen mittelnde Steuereinrichtung (41) gegeben wird, welche ein entsprechendes Ausgangssignal liefert.

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